Los endosomas son un conjunto de orgánulos de clasificación intracelular en las células eucariotas . Forman parte de la vía de transporte de membrana endocítica que se origina en la red trans de Golgi . Las moléculas o ligandos internalizados desde la membrana plasmática pueden seguir esta vía hasta los lisosomas para su degradación o pueden reciclarse de nuevo en la membrana celular en el ciclo endocítico . Las moléculas también se transportan a los endosomas desde la red trans de Golgi y continúan hasta los lisosomas o se reciclan de nuevo en el aparato de Golgi .
Los endosomas se pueden clasificar como tempranos, de clasificación o tardíos según su etapa posterior a la internalización. [1] Los endosomas representan un compartimento de clasificación importante del sistema de endomembranas en las células. [2]
Los endosomas proporcionan un entorno para que el material se clasifique antes de que llegue al lisosoma degradativo. [2] Por ejemplo, la lipoproteína de baja densidad (LDL) ingresa a la célula al unirse al receptor de LDL en la superficie celular. Al llegar a los endosomas tempranos, la LDL se disocia del receptor y el receptor puede reciclarse a la superficie celular. La LDL permanece en el endosoma y se entrega a los lisosomas para su procesamiento. La LDL se disocia debido al entorno ligeramente acidificado del endosoma temprano, generado por una bomba de protones de membrana vacuolar V-ATPasa . Por otro lado, el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y el receptor de EGF tienen un enlace resistente al pH que persiste hasta que se entrega a los lisosomas para su degradación. El receptor de manosa 6-fosfato transporta ligandos desde el Golgi destinados al lisosoma mediante un mecanismo similar.
Existen tres tipos diferentes de endosomas: endosomas tempranos , endosomas tardíos y endosomas de reciclaje . [2] Se distinguen por el tiempo que tarda el material endocitado en llegar a ellos y por marcadores como Rabs . [3] También tienen una morfología diferente. Una vez que las vesículas endocíticas se han desprovisto de su cubierta, se fusionan con endosomas tempranos. Luego, los endosomas tempranos maduran y se convierten en endosomas tardíos antes de fusionarse con lisosomas. [4] [5]
Los endosomas tempranos maduran de varias maneras para formar endosomas tardíos. Se vuelven cada vez más ácidos principalmente a través de la actividad de la V-ATPasa. [6] Muchas moléculas que se reciclan se eliminan por concentración en las regiones tubulares de los endosomas tempranos. La pérdida de estos túbulos a las vías de reciclaje significa que los endosomas tardíos en su mayoría carecen de túbulos. También aumentan de tamaño debido a la fusión homotípica de los endosomas tempranos en vesículas más grandes. [7] Las moléculas también se clasifican en vesículas más pequeñas que brotan desde la membrana perimetral hacia el lumen del endosoma, formando vesículas intraluminales (ILV); esto conduce a la apariencia multivesicular de los endosomas tardíos y por eso también se los conoce como endosomas multivesiculares o cuerpos multivesiculares (MVB). La eliminación de moléculas de reciclaje como los receptores de transferrina y los receptores de manosa 6-fosfato continúa durante este período, probablemente a través de la gemación de vesículas fuera de los endosomas. [4] Finalmente, los endosomas pierden RAB5A y adquieren RAB7A , lo que los hace competentes para la fusión con los lisosomas. [7]
Se ha demostrado que la fusión de endosomas tardíos con lisosomas da como resultado la formación de un compartimento "híbrido", con características intermedias de los dos compartimentos originales. [8] Por ejemplo, los lisosomas son más densos que los endosomas tardíos, y los híbridos tienen una densidad intermedia. Los lisosomas se reforman por recondensación a su densidad normal, más alta. Sin embargo, antes de que esto suceda, más endosomas tardíos pueden fusionarse con el híbrido.
Algunos materiales se reciclan a la membrana plasmática directamente desde los endosomas tempranos, [9] pero la mayor parte circula a través de endosomas de reciclaje.
Existen más subtipos en células especializadas como las células polarizadas y los macrófagos .
Los fagosomas , macropinosomas y autofagosomas [14] maduran de manera similar a los endosomas y pueden requerir la fusión con endosomas normales para su maduración. Algunos patógenos intracelulares subvierten este proceso, por ejemplo, al impedir la adquisición de RAB7. [15]
Los endosomas tardíos/MVB a veces se denominan vesículas transportadoras endocíticas , pero este término se utilizaba para describir las vesículas que brotan de los endosomas tempranos y se fusionan con los endosomas tardíos. Sin embargo, varias observaciones (descritas anteriormente) han demostrado que es más probable que el transporte entre estos dos compartimentos se produzca mediante un proceso de maduración, en lugar de un transporte por vesículas.
Otra característica de identificación única que difiere entre las diversas clases de endosomas es la composición lipídica en sus membranas. Se ha descubierto que los fosfatos de fosfatidil inositol (PIP), una de las moléculas de señalización lipídica más importantes , difieren a medida que los endosomas maduran de forma temprana a tardía. PI(4,5)P 2 está presente en las membranas plasmáticas , PI(3)P en los endosomas tempranos, PI(3,5)P 2 en los endosomas tardíos y PI(4)P en la red trans de Golgi . [16] Estos lípidos en la superficie de los endosomas ayudan en el reclutamiento específico de proteínas del citosol, lo que les proporciona una identidad. La interconversión de estos lípidos es el resultado de la acción concertada de las fosfoinosítido quinasas y fosfatasas que están estratégicamente localizadas [17]
Existen tres compartimentos principales que tienen vías que se conectan con los endosomas. Existen más vías en células especializadas, como los melanocitos y las células polarizadas. Por ejemplo, en las células epiteliales , un proceso especial llamado transcitosis permite que algunos materiales entren por un lado de la célula y salgan por el lado opuesto. Además, en algunas circunstancias, los endosomas tardíos/MVB se fusionan con la membrana plasmática en lugar de con los lisosomas, liberando las vesículas luminales, ahora llamadas exosomas , al medio extracelular.
No hay consenso sobre la naturaleza exacta de estas vías, y la ruta secuencial tomada por una carga determinada en una situación determinada tenderá a ser motivo de debate.
Las vesículas pasan entre el Golgi y los endosomas en ambas direcciones. Los GGA y los adaptadores vesiculares recubiertos de clatrina AP-1 forman vesículas en el Golgi que transportan moléculas a los endosomas. [18] En la dirección opuesta, el retrómero genera vesículas en los endosomas tempranos que transportan moléculas de vuelta al Golgi. Algunos estudios describen una vía de tráfico retrógrado desde los endosomas tardíos hasta el Golgi que está mediada por Rab9 y TIP47 , pero otros estudios cuestionan estos hallazgos. Las moléculas que siguen estas vías incluyen los receptores de manosa-6-fosfato que transportan hidrolasas lisosomales a la vía endocítica. Las hidrolasas se liberan en el entorno ácido de los endosomas, y el receptor es recuperado al Golgi por el retrómero y Rab9.
Las moléculas se transportan desde la membrana plasmática a los endosomas tempranos en vesículas endocíticas . Las moléculas pueden internalizarse a través de endocitosis mediada por receptores en vesículas recubiertas de clatrina . También se forman otros tipos de vesículas en la membrana plasmática para esta vía, incluidas las que utilizan caveolina . Las vesículas también transportan moléculas directamente de vuelta a la membrana plasmática, pero muchas moléculas se transportan en vesículas que primero se fusionan con endosomas de reciclaje. [19] Las moléculas que siguen esta vía de reciclaje se concentran en los túbulos de los endosomas tempranos. Las moléculas que siguen estas vías incluyen los receptores de LDL , el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y la proteína transportadora de hierro transferrina. La internalización de estos receptores desde la membrana plasmática se produce por endocitosis mediada por receptores. La LDL se libera en los endosomas debido al pH más bajo, y el receptor se recicla a la superficie celular. El colesterol es transportado en la sangre principalmente por las LDL, y el transporte por el receptor de LDL es el principal mecanismo por el cual las células absorben el colesterol. Los EGFR se activan cuando el EGF se une a ellos. Los receptores activados estimulan su propia internalización y degradación en los lisosomas. El EGF permanece unido al receptor de EGF (EGFR) una vez que es endocitado a los endosomas. Los EGFR activados estimulan su propia ubiquitinación, y esto los dirige a las vesículas luminales (ver más abajo) y por lo tanto no se reciclan a la membrana plasmática. Esto elimina la porción de señalización de la proteína del citosol y, por lo tanto, evita la estimulación continua del crecimiento [20] - en las células no estimuladas con EGF, los EGFR no tienen EGF unido a ellos y, por lo tanto, se reciclan si llegan a los endosomas. [21] La transferrina también permanece asociada a su receptor, pero, en el endosoma ácido, el hierro se libera de la transferrina, y luego la transferrina sin hierro (aún unida al receptor de transferrina) regresa del endosoma temprano a la superficie celular, tanto directamente como a través de endosomas de reciclaje. [22]
El transporte desde los endosomas tardíos a los lisosomas es, en esencia, unidireccional, ya que un endosoma tardío se "consume" en el proceso de fusión con un lisosoma (a veces llamado endolisosoma [23] [24] ). Por lo tanto, las moléculas solubles en el lumen de los endosomas tenderán a terminar en los lisosomas, a menos que se recuperen de alguna manera. Las proteínas transmembrana pueden ser entregadas a la membrana perimetral o al lumen de los lisosomas. Las proteínas transmembrana destinadas al lumen del lisosoma se clasifican en las vesículas que brotan de la membrana perimetral en endosomas, un proceso que comienza en los endosomas tempranos. Se cree que el proceso de creación de vesículas dentro del endosoma se mejora por el lípido peculiar BMP o LBPA, que solo se encuentra en endosomas tardíos, endolisosomas o lisosomas. [12] Cuando el endosoma ha madurado hasta convertirse en un endosoma tardío/MVB y se fusiona con un lisosoma, las vesículas en el lumen se envían al lumen del lisosoma. Las proteínas se marcan para esta vía mediante la adición de ubiquitina . [25] Los complejos de clasificación endosómica necesarios para el transporte (ESCRT) reconocen esta ubiquitina y clasifican la proteína en las vesículas luminales que se forman. [26] Las moléculas que siguen estas vías incluyen LDL y las hidrolasas lisosomales entregadas por los receptores de manosa-6-fosfato. Estas moléculas solubles permanecen en los endosomas y, por lo tanto, se entregan a los lisosomas. Además, los EGFR transmembrana, unidos a EGF, están marcados con ubiquitina y, por lo tanto, los ESCRT los clasifican en vesículas luminales.